Fast parallel algorithm for three-dimensional distance-driven model in iterative computed tomography reconstruction

The projection matrix model is used to describe the physical relationship between reconstructed object and projection.Such a model has a strong influence on projection and backprojection,two vital operations in iterative computed tomographic reconstruction.The distance-driven model(DDM) is a state-of-the-art technology that simulates forward and back projections.This model has a low computational complexity and a relatively high spatial resolution;however,it includes only a few methods in a parallel operation with a matched model scheme.This study introduces a fast and parallelizable algorithm to improve the traditional DDM for computing the parallel projection and backprojection operations.Our proposed model has been implemented on a GPU(graphic processing unit) platform and has achieved satisfactory computational efficiency with no approximation.The runtime for the projection and backprojection operations with our model is approximately 4.5 s and 10.5 s per loop,respectively,with an image size of 256×256×256 and 360 projections with a size of 512×512.We compare several general algorithms that have been proposed for maximizing GPU efficiency by using the unmatched projection/backprojection models in a parallel computation.The imaging resolution is not sacrificed and remains accurate during computed tomographic reconstruction.     

一种红光发射的粘度荧光探针

以三苯胺和苯并噻唑盐为原料,设计合成了一种具有红光发射特性的D-π-A型荧光粘度探针N-乙酸乙酯基-2-(4-甲酸甲酯基三苯胺-4'-乙烯基)苯并噻唑六氟磷酸盐(L),运用现代分析测试手段进行了系统地表征。 研究结果表明,探针L的最大发射波长为630 nm,能有效地降低生物背景,提高生物成像的信噪比。 该探针对粘度有很好的荧光响应,其荧光强度比值(I/I₀)的对数与粘度的对数呈现很好的线性关系(R²=0.9934)。 此外,探针L对极性的敏感性小,且荧光信号不受生物分子的干扰。 生物学研究结果表明,探针L具有低的细胞毒性,可应用于细胞内微环境粘度的荧光成像。     

聚肽胶束的超分子反应:聚合、环化及活性生长

聚合物自组装是制备纳米材料的有效途径.自组装纳米材料在药物载体、高性能材料、生物结构模型等领域具有重要的应用价值.近年来,在聚合物分子自组装研究的基础上,研究者们发展了聚合物纳米粒子的自组装研究,并取得了很大进步.聚合物纳米粒子的组装一般可称为超分子反应.以聚肽胶束为组装基元的超分子反应研究得到了很多关注,取得了一系列进展.本文以本课题组的工作为主,总结归纳了近年来在聚肽胶束自组装(超分子反应)研究方面的进展,主要包括超分子聚合、环化和活性生长.文中着重强调了理论模拟在探究胶束超分子反应中的作用.最后,本文展望了该研究领域的发展方向,并指出所面临的机遇和挑战.     

L-组氨酸稳定的铜纳米团簇的合成及其在三硝基苯酚检测中的应用

三硝基苯酚(PA)是废水中酚类有机化合物的重要成分,鉴于其对人体及环境的危害,实现PA简便、准确的检测意义重大.本文以L-组氨酸为保护剂,抗坏血酸为还原剂,通过一步法在室温下合成了铜纳米团簇(Cu NCs).透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见光谱(UV-vis)和傅里叶红外(FT-IR)等手...     

铁氧化还原蛋白在多壁碳纳米管上的固定、表征及直接电子转移

将来源于Spinacia Oleracea的铁氧化还原蛋白(ferredoxin, SOFd)固定在多壁碳纳米管(CNT)表面, 紫外-可见及红外光谱表明, SOFd在CNT表面没有变性, 仍保持原来的二级空间结构. 循环伏安结果表明, SOFd在CNT表面能进行有效和稳定的直接电子转移反应, 伏安曲线上出现一对良好的、几乎对称的氧化还原峰, 式量电位E^0'为(－570.4±1.5) mV (vs. SCE, 0.1 mol/L磷酸盐缓冲液), 且不随扫速和溶液pH值的变化而变化. SOFd直接电子转移的表观速率常数k_s为(0.73±0.04) s^－1.     

2019年诺奖解读：物理宇宙学

 2019年10月8日,瑞典皇家科学院宣布将今年的诺贝尔物理学奖的一半授予詹姆斯·皮布尔斯（James Peebles）,以表彰他在物理宇宙学方面的理论贡献和发现。詹姆斯·皮布尔斯,1935年生于加拿大温尼伯,现为美国普林斯顿大学教授。在过去几十年中,他在宇宙微波背景辐射（CMB）,宇宙中的结构形成,暗物质和暗能量等众多方向做出了重大贡献。他是现代宇宙学大厦的主要奠基者之一。     

单层n型MoS2/p型c-Si异质结太阳电池数值模拟

单层二硫化钼(MoS₂)是一种具有优异光电性能的半导体材料,在太阳能能量转换中表现出很大的应用潜力。本文基于AMPS模拟软件,对单层n型MoS₂/p型c-Si异质结太阳电池进行了数值模拟与分析。通过模拟优化,n型MoS₂的电子亲和能为3.75 eV、掺杂浓度为10¹⁸ cm^-3,p型c-Si的掺杂浓度为10¹⁷ cm^-3时,太阳电池能够取得最高22.1%的转换效率。最后模拟了n型MoS₂/p型c-Si异质结界面处的界面态对太阳电池性能的影响,发现界面态密度超过10¹¹ cm^-2·eV^-1时会严重影响太阳电池的光伏性能。     

氮化镓单晶生长研究进展

氮化镓(GaN)作为第三代宽禁带半导体核心材料之一,具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优良特性,是制作宽波谱、高功率、高效率光电子、电力电子和微电子的理想材料.受制于氮化镓单晶衬底的尺寸、产能及成本的影响,当前的GaN基器件主要基于异质衬底(硅、碳化硅、蓝宝石等)制作而成,GaN单晶衬底的缺乏已成为制约GaN器件发展的瓶颈.近年来,国内外在GaN单晶衬底制备方面取得了较大的进展.本文综述了氮化镓单晶生长的最新进展,包括氢化物气相外延法、氨热法和钠助熔剂法的研究进展,分析了各生长方法面临的挑战与机遇,并对氮化镓单晶材料的发展趋势讲行了展望.     

参外联合激励下的簇发振荡及其机理

当周期激励频率远小于系统固有频率时,会存在快慢耦合效应,与单项激励不同,参外联合激励不仅会导致快子系统平衡曲线和分岔行为的复杂化,也会产生一些特殊的非线性现象,为此,本文以两耦合Hodgkin-Huxley细胞模型为例,引入周期参外联合激励,探讨在频域不同尺度耦合时该系统的簇发振荡的特点及其分岔机制．通过建立相应的快慢子系统,得到慢变参数变化下的快子系统的各种分岔模式以及相应的分岔行为,结合转换相图,揭示耦合系统随激励幅值变化时的动力学行为及其机理．研究表明,在激励幅值较小时,系统表现为概周期振荡,两频率分别近似于快子系统平衡曲线由Hopf分岔引起的两稳定极限环的振荡频率．概周期解随激励幅值的增加进入簇发振荡,导致这些簇发振荡的主要原因是在慢变参数变化的部分区间内,存在唯一稳定的平衡曲线,使得系统的轨迹逐渐趋向该平衡曲线,产生沉寂态,并随着慢变参数的变化,由分岔进入激发态．同时,快子系统中参与簇发振荡的稳定吸引子随激励幅值的变化也会不同,导致不同形式的簇发振荡．另外,与单项激励下的情形不同,联合激励时快子系统的部分稳定吸引子掩埋在其它稳定吸引子内,从而失去对簇发振荡的影响．     

柔性微粒介电泳分离过程的多尺度模拟

介电泳分离是一种高效的微细颗粒分离技术,利用非均匀电场极化并操纵分离微流道中的颗粒.柔性微粒在介电泳分离过程中同时受多种物理场、多相流和微粒变形等复杂因素的影响,仅用单一的计算方法对其进行模拟存在一定的难度,本文采用有限单元-格子玻尔兹曼耦合计算的方法处理这一难题.介观尺度的格子玻尔兹曼方法将流体看成由大量微小粒子组成,在离散格子上求解玻尔兹曼输运方程,易于处理多相流及大变形问题,特别适合模拟柔性颗粒在介电泳分离过程中的变形情况.另一方面,介电泳分离过程的模拟需求解流体、电场和微粒运动方程,计算量相当庞大,通过有限单元法求解介电泳力,可提高计算效率.利用这种多尺度耦合计算方法,对一款现有的介电泳芯片分离过程进行了模拟.分析了微粒在电场作用下产生的介电泳力,揭示了介电泳力与电场变化率等因素之间的关系.对微粒运动轨迹及其变形的情况进行了研究,发现微粒的变形主要与流体剪切作用有关.这种多尺度耦合计算方法,为复杂微流体的计算提供了一种有效的解决方案.